大作业二

汽车理论

大作业

题目：货车的燃油经济性分析

院系名称：机电工程学院

班级： 1208107 学号： ********** 学生姓名：***

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图1是货车装用发动机的负荷特性与万有特性:

图1汽油发动机的负荷特性与万有特性1——815r/min 2——1207r/min 3——1614r/min 4——2012r/min 5——2603r/min 6——3006r/min 7——3403r/min 8——3804r/min

负荷特性曲线的拟合公式为：

b=B 0+B 1P e +B 2P e 2+B 3P e 3+B 4P e 4

式中，b 为燃油消耗率[g/(kW.h)];Pe 为发动机净功率（kW ）。

id 计算与绘制题1.3中货车的 1）汽车功率平衡图。

2）最高档与次高档的等速百公里油耗曲线。

3）利用计算机求货车按JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗。计算中确定燃油消耗值b 时，若发动机转速与负荷特性中给定的转速不相等，可由相邻转速的两根曲线用插值法求得。

汽油发动机使用外特性的Tq-n 曲线的拟合公式为:

式中，Tq 为发动机转矩（N •m ）;n 为发动机转速（r/min ）。 发动机的最低转速n min =600r/min,最高转速n max =4000r/min 。 装载质量 2000kg 整车整备质量 1800kg 总质量 3880kg 车轮半径 0.367m 传动系机械效率 ηT =0.85 滚动阻力系数 f =0.013 空气阻力系数×迎风面积 C D A =2.77m 2 主减速器传动比 i 0=5.83

飞轮转动惯量 I f =0.218kg •m 2 二前轮转动惯量 I w1=1.798kg •m 2

234

19.313295.27()165.44()40.874() 3.8445()

1000100010001000q n n n n T =-+-+-

四后轮转动惯量I w2=3.598kg•m2

变速器传动比i g(数据如下表)

Ⅰ档Ⅱ档Ⅲ档Ⅳ档Ⅴ档五档变速器 5.56 2.769 1.644 1.00 0.793

轴距 L=3.2m

质心至前轴距离（满载） a=1.974m

质心高（满载） hg=0.9m

解：

（1）汽车功率平衡图

汽车功率平衡方程式为：

P e=1

ηT

(

Gfu a

3600

+

Giu a

3600

+

C D Au a3

76140

+

δmu a

3600

du

dt

)=

1

ηT

(

Gfu a

3600

+

C D Au a3

76140

)

车速与发动机转速换算公式为：

u a=0.377nr i g i0

功率计算公式为：

P e=T tq i g i0

r

u a

利用matlab软件编程得到汽车功率平衡图：（2）最高档与次高档的等速百公里油耗曲线

图2 汽车功率平衡图

先确定最高档和次高档的发动机转速的范围，然后利用u a=0.377rn

求出对应

i0i g

档位的车速。由于汽车是等速行驶，因此发动机发出的功率应该与汽车受到的阻

然后根据不同的P e和n，用题力功率折合到曲轴上的功率相等，即P e=(F f+F w)u a

3600ηT

中给出的拟合公式求出对应工况的燃油消耗率。先利用表中的数据，使用插值法，求出每个n值所对应的拟合式系数：B0,B1,B2,B3,B4。在这里为了保证曲线的光滑性，使用了三次样条插值。利用求得的各个车速对应下的功率求出对应的耗油

，即可求出对应的车速的百公里油耗量燃油消耗率b。利用公式：Q s=Pb

1.02u aρg

（L/100km）。

实际绘出的最高档与次高档的等速百公里油耗曲线如下：

图 3 最高档与次高档的等速百公里油耗曲线

从图上可以明显看出，第四档的油耗比在同一车速下，五档的油耗高一些。这是因为在同一车速等速行驶下，汽车所受到的阻力基本相等，因此P e基本相等，但是在同一车速下，四档的负荷率要比五档小。这就导致了五档的油耗较小。

但是上图存在一个问题，就是在两头百公里油耗的变化比较奇怪。这是由于插值点的范围比节点的范围要来得大，于是在转速超出了数据给出的范围的部分，插值的结果是不可信的。但是这对处在中部的插值结果影响不大。而且在完成后面部分的时候发现，其实只需使用到中间的部分即可。

（3）按JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗。

从功率平衡图上面可以发现，III档、IV档与V档可以满足六工况测试的速度范围要求。分为III档、IV档与V档进行计算。

先求匀速行驶部分的油耗：

先使用P e =

(F f +F w )u a 3600ηT

，求出在各个速度下，发动机所应该提供的功率。然后

利用插值法求出，三个匀速行驶速度对应的燃油消耗率b 。由Q =Pbs

102u a ρg

求出三

段匀速行驶部分的燃油消耗量（mL ）。

对于每个区段，以1km/h 为区间对速度区段划分。对应每一个车速u a ，都可以求出对应的发动机功率：P

=1

ηT

(Gfu a

3600+

C D Au a 376140

+

δmu a 3600du dt

)。此时，车速与功率

的关系已经发生改变，因此应该要重新对燃油消耗率的拟合公式中的系数进行插值。插值求出对应的各个车速的燃油消耗率b ，进而用Q t =Pb

367.1ρg 求出每个速度对应的燃油消耗率Q t0,Q t1,Q t2,……Q tn 。每小段的加速时间：Δt =

13.6

du

dt

。每一个

小区间的燃油消耗量：Q n =1

2(Q t (n−1)+Q tn )Δt 。对每个区间的燃油消耗量求和就可以得出加速过程的燃油消耗量。

对于匀减速阶段，发动机处在怠速工况。怠速燃油消耗率Q id 是一定值。只要知道匀减速阶段的时间，就可以求出耗油量：Q d =Q id t 。

Q d =Q id t =0.299mL/s ×19.3s =5.77mL/s

根据以上的计算，可以求出该汽车分别在三档和四档的六工况耗油量： 三档：